JP2002159194A - インバータ制御モジュール及び室外機用ハイブリッドｉｃ並びに空気調和機および空気調和機用インバータ制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様な周辺部品に柔軟に対応できる汎用性を
実現したインバータ制御モジュール、該インバータ制御
モジュールを空気調和機に適用する際に、該モジュール
に対して回転数指令を与え、同時に、ファンモータ、電
動膨張弁、電磁四方弁等を適切に制御できる室外機用ハ
イブリッドＩＣを提供することにある。 【解決手段】 スイッチング素子群からなるインバー
タ、アクティブコンバータ回路、制御マイコンをアルミ
基板に実装し、これを端子台のついた樹脂製のケースに
取り付け、さらにその上部に取り外し可能な電源基板を
搭載した汎用のインバータ制御モジュールとして構成
し、さらに、室外機用ハイブリッドＩＣ、室内機用ハイ
ブリッドＩＣ、リモコン用マイコンを加えたインバータ
制御システム（部品セット）として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を任意の回
転数で駆動する汎用のインバータ制御モジュールおよび
室外機用ハイブリッドＩＣ並びに前記モジュールを含む
いくつかの制御部品によって構成される空気調和機用の
インバータ制御システム（部品セット）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のインバータ制御装置は、主回路、
パワートランジスタなどを個別に配置し、その間をケー
ブルにて接続して構成していた。また、例えば特開平１
１−１８４３６号公報記載のように、スイッチング素
子、インバータ制御器、制御用電源回路などを一体成形
モジュールとして小型化、省配線化したものが知られて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の一体成
形モジュールでは、電源回路も一体化するため電源仕様
は固定的となり、電源仕様の異なる周辺部品に柔軟に対
応できなかった。

【０００４】また、回転数指令を与える手段としては、
シリアル通信方式またはＰＷＭ方式のどちらか一方が採
用されており柔軟性がなかった。

【０００５】また、このようなインバータ制御モジュー
ルを空気調和機に適用する際に、該モジュールに回転数
指令を与え、同時に、ファンモータ、電動膨張弁、電磁
四方弁を適切に制御するための室外機用ハイブリッドＩ
Ｃはなかった。

【０００６】また、接続可能な温度センサーの仕様は固
定的であり、異なる特性を持つ温度センサーへの対応
は、空気調和機の制御マイコンというＲＡＭ容量が非常
に限られた環境において有効な手段がなかったため実現
していなかった。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
小型で省配線化し、多様な周辺部品に柔軟に対応できる
汎用性を実現したインバータ制御モジュールを提供する
ことにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、インバータ制
御モジュールを空気調和機に適用する際に、該モジュー
ルに対して回転数指令を与え、同時に、ファンモータ、
電動膨張弁、電磁四方弁等を適切に制御できる室外機用
ハイブリッドＩＣを提供することにある。

【０００９】また、本発明の更に他の目的は、小型で省
配線化し、多様な周辺部品に柔軟に対応できる汎用のイ
ンバータ制御モジュールを使用して短期間に空気調和機
を開発することが可能な空気調和機および空気調和機用
インバータ制御システム（部品セット）を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、アクティブコンバータ回路、スイッチン
グ素子群からなるインバータ、位置検出回路、電流検出
回路、 ＥＥＰＲＯＭなどのメモリ、制御マイコン、お
よびドライブ回路をアルミ基板に実装し、これを端子台
のついた樹脂製のケースに取り付け、さらにその上部に
取り外し可能な電源基板を搭載することで、小型化、省
配線化の特長はそのままで、使用する周辺部品に応じた
電源を供給可能なインバータ制御モジュールを提供する
ことができる。

【００１１】即ち、本発明は、入力される直流電源より
も昇圧された直流電源を得る昇圧チョッパ回路を構成す
るアクティブコンバータ回路と、該アクティブコンバー
タ回路から出力される昇圧された直流電源を元に電動機
を駆動するための三相のインバータ駆動波形を生成する
スイッチング素子群からなるインバータと、前記インバ
ータにおけるスイッチング素子群から得られる信号によ
って前記電動機のロータの位置情報を検出して位置検出
回路と、前記インバータに流れる電流を検出する電流検
出回路と、電流や温度の制限値および電動機の種類によ
って変わる設定値を記憶したメモリと、該メモリに記憶
された電流や温度の制限値および電動機の種類によって
変わる設定値を元に、通信インタフェース部を介して受
け取る回転数指令と前記位置検出回路によって検出され
る電動機のロータの位置情報と前記温度検出回路によっ
て検出されるアクティブコンバータ回路及びスイッチン
グ素子群の温度情報と前記電流検出回路によって検出さ
れる電流値とから次のＰＷＭ信号を決定し、この決定さ
れたＰＷＭ信号を出力する制御マイコンと、該制御マイ
コンから出力されるＰＷＭ信号に基いて前記インバータ
におけるスイッチング素子群の各々をＯＮ／ＯＦＦ制御
するドライブ回路とをアルミ基板に実装したものを端子
台のついた樹脂製のケースに取り付け、さらに、前記ア
クティブコンバータ回路から出力される昇圧された直流
電源を元に制御電源を生成して前記アルミ基板に実装さ
れた回路に供給する電源回路を実装した電源基板を、前
記端子台のついた樹脂製のケースの上部に搭載して構成
することを特徴とするインバータ制御モジュールであ
る。

【００１２】また、本発明は、インバータ制御モジュー
ルとの通信インタフェース部、室内機との通信インタフ
ェース部、ＡＣモータとＤＣモータのどちらにも対応し
たファンモータ制御回路、電動膨張弁制御回路、電磁四
方弁制御回路、複数の温度センサー接続回路、制御マイ
コン、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリを小型基板に高密度に実
装して室外機用ハイブリッドＩＣを構成することで、イ
ンバータ制御モジュールと組み合わせて使用する際の開
発期間の短縮化、室外電気品の小型化、ＡＣファンモー
タとＤＣファンモータの両方への対応を実現できる。

【００１３】また、本発明は、異なる特性の温度センサ
ーへの対応については、標準とする温度センサーの特性
と、実際に接続する温度センサーの特性の差を予めＥＥ
ＰＲＯＭに持たせて補正することで実現することができ
る。即ち、本発明は、基準温度と基準抵抗値とＢ定数の
全てまたは一部が異なる温度センサーについても、プル
ダウン抵抗を外付けし、前記メモリに補正データ（標準
とする温度センサーの特性と実際に接続する温度センサ
ーの特性の差）を設定することにより、使用可能に構成
することを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、室内機に設けられた運転
指令の信号を送信する室内機用ハイブリッドＩＣと、室
外機に設けられ、前記室内機用ハイブリッドＩＣからの
運転指令の信号を室内通信インタフェース部で受け取る
ように構成した前記室外機用ハイブリッドＩＣと、前記
室外機に設けられ、前記室外機用ハイブリットＩＣのモ
ジュール通信インタフェース部から与えられる回転数指
令を通信インタフェース部を介して受け取るように構成
した前記インバータ制御モジュールとによって構成した
ことを特徴とする空気調和機用インバータ制御システム
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係るインバータ制御モジ
ュールと室外機用ハイブリッドＩＣと室内機用ハイブリ
ッドＩＣとリモコン用マイコンからなる空気調和機用イ
ンバータ制御システム（部品セット）の実施の形態につ
いて図面を用いて説明する。

【００１６】まず、本発明に係る空気調和機は、圧縮
機、電磁四方弁１５、室外熱交換器、送風機（ファ
ン）、および電動膨張弁１４を備えた室外機と、上記電
動膨張弁と接続配管で接続され、もう一方の接続配管で
上記電磁四方弁と接続される室内熱交換器、および送風
機（ファン）を備えた室内機とで構成される。

【００１７】次に、本発明に係る空気調和機用インバー
タ制御システム（部品セット）の実施の形態について図
1を用いて説明する。図１には、本発明に係る空気調和
機用インバータ制御システムの一実施の形態の構成図を
示す。本発明に係る空気調和機用インバータ制御システ
ムは、リモコン用マイコン９を備えたリモコン１０と、
制御マイコン、ファンモータなどの周辺部品の制御回
路、およびＥＥＰＲＯＭなどを小型基板に高密度に実装
して構成された室内機用ハイブリッドＩＣ８を搭載し、
室内機内に設けられた室内機用ユーザー基板１１と、図
２に示すように、室外機用ハイブリッドＩＣ７を搭載
し、該室外機用ハイブリッドＩＣ８のファンモータ制御
回路７３と室外機のファンモータ１３とのインタフェー
ス部１２１、前記室外機用ハイブリッドＩＣ８の電動膨
張弁制御回路７４と室外機の電動膨張弁１４とのインタ
フェース部１２２、前記室外機用ハイブリッドＩＣ８の
電磁四方弁制御回路７５と冷媒を流す方向を切替える室
外機の電磁四方弁１５とのインタフェース部１２３、お
よび室外機内に設けられた温度センサー１６と前記室外
機用ハイブリッドＩＣ８の温度センサー接続回路７６と
の間に設けられたプルダウン抵抗１２４を実装した室外
機用ユーザー基板１２と、室外機内に設けられたインバ
ータ制御モジュール３と、該インバータ制御モジュール
３によって制御される室外機における圧縮機（図示せ
ず）を駆動する電動機４とから構成される。

【００１８】リモコン用マイコン９は、ユーザー作成の
リモコン１０に取り付けられ、リモコン１０のボタンが
押されるたびに、それに応じた運転指令２０を、室内機
用ハイブリッドＩＣ７の室内通信インタフェース部７２
に送信する。

【００１９】室内機用ハイブリッドＩＣ８は、制御マイ
コン、周辺部品制御回路、ＥＥＰＲＯＭなどを小型基板
（図示せず）に高密度実装したもので、室内機用ユーザ
ー基板１１に取り付けられ、リモコン１０から送られた
運転指令１９に基づき、室内側の周辺部品を制御すると
共に、室外機に対して運転指令２０を送信する。

【００２０】次に、本発明に係る空気調和機において、
後述するインバータ制御モジュール３と組み合わせて使
用するための室外機用ハイブリッドＩＣ７を搭載した室
外機用ユーザー基板１２等について、図２を用いて具体
的に説明する。

【００２１】まず、本発明の第1の特徴は、インバータ
制御モジュール３へ回転数指令等を出力するモジュール
通信インタフェース部７１、室内機用ハイブリッドＩＣ
８から与えられる運転指令２０を受取る室内通信インタ
フェース部７２、各種温度センサー１６と接続して室外
機における各種の温度情報（外気温度、熱交換器温度、
圧縮機温度など）を取得する温度センサー接続回路７
６、周辺部品の特性情報などを設定するＥＥＰＲＯＭ７
８、室内通信インタフェース部７２で受取る運転情報２
０と該温度センサー接続回路７６で取得される各種の温
度情報とＥＥＰＲＯＭ７８に設定された周辺部品の特性
情報などに基づき、指令回転数を調整してモジュール通
信インタフェース部７１に出力し、更に制御指令を制御
回路７３、７４、７５に与える制御マイコン７７、室外
機のファンモータ１３を駆動制御するファンモータ制御
回路７３、電動膨張弁１４を制御する電動膨張弁制御回
路７４、および電磁四方弁を切替え制御する電磁四方弁
制御回路７５を、小型基板に実装して室外機用ハイブリ
ッドＩＣ７として高密度モジュール化して構成したこと
にある。

【００２２】制御マイコン７７の制御指令に基づいてフ
ァンモータ１３を駆動制御するファンモータ制御回路７
３は、ＡＣファンモータに対応するためのタップ出力
と、ＤＣファンモータに対応するためのＰＷＭ出力とを
備えることによって、共通化を図り、室外機用ハイブリ
ッドＩＣ７としてモジュール化を図ることができるよう
に構成した。ただし、ファンモータの種類によって変わ
るインタフェース部１２１をユーザー基板１２上に配置
して、ファンモータ制御回路７３をファンモータ１３と
接続して構成することによって、構成によって無駄とな
る部品を極力少なくすると共に小型化を図っている。例
えば、ＡＣファンモータを使用する場合のリレーなどが
上記インターフェース部１２１に当たる。

【００２３】制御マイコン７７の制御指令に基づいて電
動膨張弁１４を駆動制御する電動膨張弁制御回路７４
は、４相のパルス出力によって弁の開き具合（開度）を
調整するもので、完全に閉じた状態から全開までに必要
なパルス数などの情報をＥＥＰＲＯＭ７８に持たせ、複
数の種類の電動膨張弁１４に対応できるように共通化
し、室外機用ハイブリッドＩＣ７としてモジュール化を
図ることができるように構成した。ただし、種類の異な
る電動膨張弁１４に対する制御電源の電圧の違いなど
は、ユーザー基板１２上に配置するインタフェース部１
２２にて対応する。

【００２４】電磁四方弁制御回路７５は、制御マイコン
７７の制御指令に基づいて熱交換器内の冷媒の循環方向
を変える電磁四方弁１５を駆動制御できるように共通化
し、室外機用ハイブリッドＩＣ７としてモジュール化を
図ることができるように構成した。これについても、種
類の異なる電磁四方弁１５に対して制御電源電圧の違い
などは、ユーザー基板１２上に配置するインタフェース
部１２３にて対応する。

【００２５】温度センサー接続回路７６は、室外機にお
ける外気温度、熱交換器温度、圧縮機温度などを検出す
るための複数の温度センサー１６を接続できるように共
通化し、室外機用ハイブリッドＩＣ７としてモジュール
化を図ることができるように構成した。なお、図2にお
いては、プルダウン抵抗１２４をユーザー基板１２上に
設けるように構成した。

【００２６】室外機用ハイブリッドＩＣ７としてモジュ
ール化された制御マイコン７７は、室内通信インタフェ
ース部７２を介して受け取る運転指令２０と、温度セン
サー接続回路７６を介して得られる温度情報と、ＥＥＰ
ＲＯＭ７８に設定された周辺部品（圧縮機、熱交換器、
ファンモータ、電動膨張弁、および電磁四方弁等）の特
性情報などに基づき、モジュール通信インタフェース部
７１にインバータ制御モジュール３への回転数指令２１
を与え、同時に、制御指令をモジュール化された制御回
路７３、７４、７５に与え、ユーザー基板１２上に設け
られたインタフェース部１２１、１２２、１２３を介し
て接続されたファンモータ１３、電動膨張弁１４、電磁
四方弁１５を適切に制御する。以上説明したように、室
外機用ハイブリッドＩＣ７は、部品として取り扱うこと
が可能となり、例えば部品メーカから購入した室外機用
ハイブリッドＩＣ７を、ファンモータ１３、電動膨張弁
１４、電磁四方弁１６に適するインタフェース部１２１
〜１２３、および温度センサー１６に適するプルダウン
抵抗１２４を設けた室外機用ユーザー基板１２に実装す
ることによって、ファンモータ１３、電動膨張弁１４、
電磁四方弁１５を適切に制御する室外機用ユーザー基板
１２を完成させることが可能となる。

【００２７】次に、異なる特性の温度センサー１６への
対応について説明する。 図3に示すように、温度センサー１６の温度と制御マイ
コン７７が読み取る数値とは、次に説明するような関係
となる。ＴｈとＲｈとＢは温度センサーの仕様値であ
り、Ｔｈは基準温度（温度の単位は絶対温度°Ｋ、以下
同様）、Ｒｈは基準温度時の抵抗値（基準抵抗値）、Ｂ
は一般にＢ定数と呼ばれる。これらの３つの値と現在の
温度Ｔｔを指数関数ｅｘｐ（＝ｅ^x）を含んだ次に示す
（１）式で与えることにより、温度センサー１６の抵抗
値Ｒｔが算出される。

【００２８】 Ｒｔ＝Ｒｈ／（ｅｘｐ｛Ｂ＊（(１／Ｔｈ)−(１／Ｔｔ)）｝） （１） ま た、制御マイコン７７が読み取るＡ／Ｄ変換値ＡＤｔ
は、プルダウン抵抗値をＲｄ、アナログ基準電源＝Ｖｃ
ｃ、分解能＝８ビットとすると、次に示す（２）式で求
められる。

【００２９】 ＡＤｔ＝（（Ｒｄ）／（Ｒｄ＋Ｒｔ））＊２５６ （２） 温度センサー１６の仕様とプルダウン抵抗値Ｒｄを固定
にすれば、温度とＡ／Ｄ変換値の関係は単純な表に置き
換えられ、さらに、実際に使用する温度範囲では直線に
近い特性を示すため、指数関数やその逆関数である自然
対数を使った計算を制御マイコン内で行う必要はない。

【００３０】しかし、この方法では異なる特性の温度セ
ンサーに対応することはできない。

【００３１】本発明に係る室外機用ハイブリッドＩＣ７
は、標準とする温度センサーの特性と実際に使用する温
度センサーの特性の差を予めＥＥＰＲＯＭ７８に持たせ
て制御用マイコン７７で補正することで、異なる特性の
温度センサーへの対応を実現している。

【００３２】その具体的な方法を以下説明する。 図４には、温度と、制御マイコン７７のＡ／Ｄ変換ポー
トでＡ／Ｄ変換されたＡ／Ｄ変換値との関係の一例をグ
ラフで示す。太線が標準とする温度センサーの特性で、
細線が実際に使用する温度センサーの特性である。温度
Ｔｔの時、標準の温度センサーではＡ／Ｄ変換値がＡＤ
ｔとなるべきところが、実際に使用する温度センサーで
はＡＤｔ’となる。すなわち（ＡＤｔ−ＡＤｔ’）の差
が生じる。この差を予め計算によって求めてＥＥＰＲＯ
Ｍ７８に格納しておけば、制御マイコン７７は、使用す
る温度センサー１６で読み取ったＡ／Ｄ変換値を、標準
の温度センサーで読み取るべき値に変換することができ
る。

【００３３】なお、予めＡ／Ｄ変換値の差（補正値）Ｙ
ｔを求める式について次に（３）式で示す。

【００３４】 Ｒｔ’＝（(２５６／ＡＤｔ’)−１）＊Ｒｄ’ Ｔｔ＝（１／（(１／Ｔｈ’)−((１／Ｂ’)＊Ｉｎ(Ｒｈ’／Ｒｔ’))） Ｒｔ ＝Ｒｈ／（ｅｘｐ｛Ｂ＊（(１／Ｔｈ)−(１／Ｔｔ)）｝ ＡＤｔ＝（Ｒｄ／（Ｒｄ＋Ｒｔ））＊２５６ Ｙｔ＝ＡＤｔ−ＡＤｔ’ （３） ここで、ダッシュ付の記号は実際に使用する温度センサ
ーの数値、ダッシュなしの記号は標準の温度センサーの
数値、Ｉｎは自然対数関数である。Ａ／Ｄ変換値と補正
量との関係は曲線になるが、誤差が許容される範囲でデ
ータ数を減らし、その間を直線で近似する。Ａ／Ｄ変換
値と補正量の関係及び近似データの一例を図５に示す。
図中の点線は９点のデータによって近似した例である。
Ａ／Ｄ変換では誤差が大きい両端に近い部分は通常使用
しないため、この程度にデータ数を減らしても充分近似
できることが分かる。この場合、両端を除き７点の補正
データ（７バイト）をメモリであるＥＥＰＲＯＭ７８に
用意すれば、異なる特性の温度センサーに対応できるこ
とになる。また、上記近似誤差は、プルダウン抵抗１２
４の抵抗値Ｒｄ’を適切に選択することによりさらに小
さくすることが可能となる。

【００３５】そこで、プルダウン抵抗１２４をユーザー
基板１２に直接実装するように構成することによって、
各種温度センサー１６に対するプルダウン抵抗１２４の
抵抗値の最適化を図ることが可能となる。

【００３６】次に、本発明に係るインバータ制御モジュ
ール３の一実施例について、図6および図7を用いて説明
する。

【００３７】図6は、本発明に係るインバータ制御モジ
ュールの一実施例を示す構成図である。本発明に係るイ
ンバータ制御モジュール３は、アクティブコンバータ回
路３１、制御マイコン３３、室外機用ハイブリッドＩＣ
７のモジュール通信インタフェース部７１からの指令回
転数２１を受信する通信インタフェース部３５、ＥＥＰ
ＲＯＭ３９、制御マイコン３３からの制御指令でスイッ
チング素子群３２を制御するドライブ回路３４、スイッ
チング素子群からの信号を元に電動機のロータの位置情
報を検出して制御マイコン３３に提供する位置検出回路
３６、アクティブコンバータ回路３１やスイッチング素
子群３２等の温度を検出して制御マイコン３３に提供す
る温度検出回路３７、スイッチング素子群３２に流れる
電流を検出して制御マイコン３３に提供する電流検出回
路３８、およびドライブ回路３４の駆動によって任意の
周波数と電圧のインバータ駆動波形に変換するスイッチ
ング素子群３２を放熱性の優れたアルミ基板（図示せ
ず）に実装し、これらアルミ基板に実装されたものを図
７に示す樹脂製のケース６内に装着し、難燃性樹脂でモ
ールドもしくは充填して構成する。

【００３８】そして、このケース６の上に、アクテイブ
コンバータ回路３１から得られる電源を元に制御電源を
作る電源回路３０を構成する部品を実装した電源基板３
０１が設置されて構成される。そして、この電源基板３
０１上の電源回路30から制御電源がインバータ制御モジ
ュール３に制御電源として供給され、さらに、室外機用
ハイブリッドＩＣ７へも制御電源として供給される。

【００３９】従って、整流回路２は交流電源１を整流
し、この整流された直流電源を入力端子２３からインバ
ータ制御モジュール３のアクティブコンバータ回路３１
に入力されることになる。更に、インバータ制御モジュ
ール３は、入力された直流電源をアクティブコンバータ
回路３１によって昇圧した後、スイッチング素子群３２
から構成されるインバータによって任意の周波数ｆと電
圧Ｖのインバータ駆動波形に変換して出力し、例えば圧
縮機の電動機４を駆動する。

【００４０】アクティブコンバータ回路３１は、ＩＧＢ
Ｔ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅｂｉｐｏｌａｒ ｔ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３１１、ダイオード３１２、コン
デンサ３１３及び３１４、電流検出回路３１５、力率制
御回路３１６で構成され、電圧を上昇させると共に力率
を改善する。コンデンサ３１３は、端子２３から入力さ
れる直流電源に並列に接続されて構成される。ＩＧＢＴ
３１１は、パワーＭＯＳ ＦＥＴの高速スイッチング、
電圧駆動特性と、バイポーラトランジスタの大電力特性
を兼ね備えた新しいパワーデバイスである。即ち、ＩＧ
ＢＴ３１１は、３端子のスイッチング素子で、バイポー
ラトランジスタと同様に入力信号によってオン・オフで
きることから自己消弧形スイッチング素子に分類され
る。ＩＧＢＴの基本構造は、縦形二重拡散構造のＭＯＳ
ＦＥＴのドレイン側の高濃度不純物領域の極性をｎ⁺
からｐ⁺に逆転し、ｐｎ接合のダイオードを1個追加した
構造となっている。ＩＧＢＴ３１１のコレクタは、直流
電源の＋側に直列に接続されたインダクタンスＬ３１７
の出力端と接続され、ＩＧＢＴ３１１のエミッタは、直
流電源の−側に直列に接続された電流検出回路３１５の
出力側に接続され、ＩＧＢＴ３１１のベースには、制御
マイコン３３からの力率制御指令信号に基づいて力率を
制御する力率制御回路３１６に接続される。ダイオード
３１２は、ＩＧＢＴ３１１のコレクタとコンデンサ３１
４の＋側との間に直列に接続される。当然、コンデンサ
３１４は、ダイオード３１２の出力側とＩＧＢＴ３１１
のエミッタとの間に接続されている。

【００４１】なお、インダクタンスＬ３１７がアクティ
ブコンバータ回路３１に対して直流電圧の＋側に直列に
端子２４を介して外付け接続されて構成され、コンデン
サ３１８もアクティブコンバータ回路３１に対してダイ
オード３１２の出力側のコンデンサ３１４の両端に並列
に端子２４を介して外付け接続されて構成される。

【００４２】以上説明したように、アクティブコンバー
タ回路３１は、整流回路２から得られる直流電源電圧よ
りも高い出力電圧を得ることができる昇圧チョッパ回路
を構成し、制御マイコン３３からのＰＷＭ制御指令に基
づく力率制御回路３１６によってＩＧＢＴ３１１を高周
波スイッチング（高周波でオン・オフ）させることによ
って、整流回路２から得られる電源電圧と同相の電源電
流をインダクタンスＬ３１７に流すことにより、力率を
改善することができるものである。即ち、ＩＧＢＴ３１
１をオンすると、整流回路２から得られる直流電源から
インダクタンスＬ３１７に電流が流れ、このＬ３１７に
エネルギーが蓄えられることになる。そこで、電流が一
定値に達したところでＩＧＢＴ３１１をオフすると、Ｌ
３１７に蓄えられたエネルギーはダイオード３１２を通
して負荷回路へ移り、コンデンサ３１８を充電し、昇圧
作用が生じることになる。

【００４３】スイッチング素子群３２は、上記ＩＧＢＴ
３１１と同様なＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔ
ｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３２２と
ダイオード３２１の各６個によるインバータブリッジで
構成され、三相のインバータ駆動波形を生成する。即
ち、スイッチング素子群３２は、アクティブコンバータ
回路３１から出力される力率が改善された直流電源に対
して、エミッタとコレクタとの間にダイオード３２１を
接続したＩＧＢＴ３２２の２つを直列に接続した組みを
３つ並列に接続してインバータブリッジを構成し、電動
機４に対して三相のインバータ駆動波形を生成するもの
である。

【００４４】スイッチング素子群３２の制御は、制御マ
イコン３３がドライブ回路３４に対して６本のＰＷＭ信
号を出力し、これに従ってドライブ回路３４がスイッチ
ング素子群３２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで行う。

【００４５】制御マイコン３３は、通信インタフェース
３５を介して外部から受け取る指令回転数２１と、位置
検出回路３６によって検出される電動機のロータの位置
情報と、温度検出回路３７によって検出されるアクティ
ブコンバータ回路３１及びスイッチング素子群３２の温
度情報と、電流検出回路３８によって検出される電流値
とから次のＰＷＭ信号を決定し、この決定されたＰＷＭ
信号をドライブ回路３４に供給し、ドライブ回路３４に
よるインバータＶ／ｆ制御によって電動機４の回転数を
駆動制御する。

【００４６】メモリであるＥＥＰＲＯＭ３９は、電流や
温度の制限値、電動機の種類などによって変わる指令回
転数などの設定値を記憶させておくものである。

【００４７】電源回路３０は、インバータ制御モジュー
ル３内で使用する制御電源と、周辺部品、例えば室外機
用ハイブリッドＩＣ７に供給するための制御電源を生成
する。

【００４８】図７は，本発明に係る放熱性の優れたアル
ミ基板上に実装されたインバータ制御モジュール３を樹
脂製のケース６内に装着して難燃性樹脂でモールドもし
くは充填したものの上に、トランス３０２や抵抗３０３
やコンデンサ３０４や専用のＩＣ３０５等を電源基板３
０１に実装して構成した電源回路３０を搭載して構成し
た一実施例の外観を示した図である。図６に示す如く制
御電源を供給する電源回路３０は電源基板３０１に実装
され、樹脂製のケース６の上部に搭載される。本発明に
おいては、特に、電源回路３０を、インバータ制御モジ
ュール３を実装した樹脂製のケース６と分離し、樹脂製
のケース６に取り付けできるように構成したことにあ
る。電源基板３０１の取り付けは、端子台５についたネ
ジ穴に電源基板３０１をネジ止めすることで行う。端子
台５を使って結合することにより、電源回路３０とケー
ス内部の回路との電気的な接続をケーブルなしで行うこ
とができる。また、電源基板３０１をケース６の上部に
搭載することで、周辺部品の電源要求仕様の違いに対し
て電源基板３０１の交換によって対応することが可能と
なる。即ち、インバータ制御モジュール３や室外機用ハ
イブリッドＩＣ７の電圧・電流の容量が変わった場合で
も、上記電源基板３０１だけを交換するだけで済ませる
ことが可能となる。

【００４９】次に、インバータ制御モジュール３の回転
数指令方式について説明する。本発明のインバータ制御
モジュール３は、シリアル通信方式、ＰＷＭ方式、アナ
ログ方式の３種類の回転数指令２１を受け付けることが
できる。どの方式を使用するかは、使用前にＥＥＰＲＯ
Ｍ３９に設定しておく。

【００５０】シリアル通信方式は、調歩同期式のシリア
ル通信によって指令回転数２１を、例えば室外機用ハイ
ブリッドＩＣ７のモジュール通信インタフェース部７１
から通信インタフェース部３５を介して制御マイコン３
３に入力する。例えば、回転数の１／５０の値を８ビッ
トデータで送るとした場合、指令回転数が３０００ｍｉ
ｎ^-1ならば１／５０の６０を８ビットで表現した（３
Ｃ）₁₆をシリアル通信で送ることになる。

【００５１】ＰＷＭ（パルス幅変調）方式は、スイッチ
ング素子群３２を駆動するためのＰＷＭ波形を回転数指
令２１として使用する。ＰＷＭ信号線は図８（ａ）に示
すように通常６本あるが、本発明のインバータ制御モジ
ュール３は、図８（ｂ）に示すようにそのうち１本から
周波数を検出する。図８（ｂ）に示すように、ＰＷＭ波
形によって指令回転数２１を、例えば室外機用ハイブリ
ッドＩＣ７のモジュール通信インタフェース部７１から
通信インタフェース部３５を介して制御マイコン３３に
入力できることで、例えば、既存のＡＣインバータ装置
４０に本発明のインバータ制御モジュール３を接続し、
ＤＣモータ電動機４ｂを駆動することが可能となる。

【００５２】アナログ方式は、回転数を電圧に置き換え
て、例えば室外機用ハイブリッドＩＣ７のモジュール通
信インタフェース部７１から通信インタフェース部３５
を介して制御マイコン３３に入力する。図９には、入力
電圧と回転数の対応の一実施例を示す。インバータ制御
モジュール３において、例えば、制御マイコン３３は、
指令回転数入力端子に１Ｖが印加されると５００ｍｉｎ
^-1の回転数指令と判断し、５Ｖが印加されると９０００
ｍｉｎ^-1の回転数指令と判断する。

【００５３】なお、インバータ制御モジュール３は、空
気調和機以外に適用することも可能であることは明らか
である。

【００５４】以上説明したように、本発明に係る空気調
和機用インバータ制御システム（部品セット）を提供す
ることにより、ユーザーは短期間に空気調和機を開発す
ることが可能となる。また、本発明に係る空気調和機用
インバータ制御システム（部品セット）によれば、多様
な周辺部品に対応できるため、ユーザーは実績があり安
価で入手が容易な周辺部品を選択することが可能とな
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、小型で省配線化し、多
様な周辺部品に柔軟に対応できる汎用のインバータ制御
モジュールを実現することができる効果を奏する。

【００５６】また、本発明によれば、インバータ制御モ
ジュールを空気調和機に適用する際に、該モジュールに
対して回転数指令を与え、同時に、ファンモータ、電動
膨張弁、電磁四方弁等を適切に制御できる室外機用ハイ
ブリッドＩＣを実現することができる効果を奏する。

【００５７】また、本発明によれば、小型で省配線化
し、多様な周辺部品に柔軟に対応できる汎用のインバー
タ制御モジュールを使用して短期間に空気調和機を開発
することが可能なインバータ制御システム（部品セッ
ト）を実現することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気調和機用インバータ制御シス
テム（部品セット）の概略構成図である。

【図２】本発明に係る室外機用ユーザー基板に実装され
る室外機用ハイブリッドＩＣの一実施例を示す構成図で
ある。

【図３】温度センサーの温度とＡ／Ｄ変換値の関係を説
明するための図である。

【図４】温度センサーの温度とＡ／Ｄ変換値の関係の一
例を示すグラフである。

【図５】温度センサーのＡ／Ｄ変換値と補正量の関係及
び近似データの一例を示すグラフである。

【図６】本発明に係るインバータ制御モジュールの一実
施例を示す構成図である。

【図７】本発明に係るインバータ制御モジュールの外観
を示す斜視図である。

【図８】ＰＷＭ方式の回転数指令入力を使用する場合の
構成例を示す図である。

【図９】アナログ方式の回転数指令入力における電圧と
回転数の関係を示す図である。

【符号の説明】

１…交流電源、 ２…整流回路、 ３…インバータ制御
モジュール、 ４…電動機、 ４ａ…ＡＣ電動機、 ４
ｂ…ＤＣ電動機、 ５…端子台、 ６…ケース、 ７…
室外機用ハイブリッドＩＣ、 ８…室内機用ハイブリッ
ドＩＣ、 ９…リモコン用マイコン、 １０…リモコ
ン、１１…室内機用ユーザー基板、１２…室外機用ユー
ザー基板、 １３…ファンモータ、 １４…電動膨張
弁、 １５…電磁四方弁、 １６…温度センサー、 １
９…運転指令、 ２０…運転指令、２１…指令回転数
（回転数指令） ２３、２４、２５…端子、 ３０…電
源回路、３１…アクティブコンバータ回路、 ３２…ス
イッチング素子群（インバータ）、 ３３…制御マイコ
ン、 ３４…ドライブ回路、 ３５…通信インタフェー
ス部、 ３６…位置検出回路、 ３７…温度検出回路、
３８…電流検出回路、３９…ＥＥＰＲＯＭ（メモ
リ）、 ４０…ＡＣインバータ装置、 ７１…モジュー
ル通信インタフェース部、 ７２…室内通信インタフェ
ース部、 ７３…ファンモータ制御回路、 ７４…電動
膨張弁制御回路、 ７５…電磁四方弁制御回路、 ７６
…温度センサー接続回路、 ７７…制御マイコン、 ７
８…ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）、 １２１…ファンモータ
インターフェース部、 １２２…電動膨張弁インタフェ
ース部、 １２３…電磁四方弁インタフェース部、 １
２４…プルダウン抵抗、 ３０１…電源基板、 ３０２
…トランス、 ３０３…抵抗、３０４…コンデンサ、
３０５…専用ＩＣ、 ３１１…ＩＧＢＴ、 ３１２…ダ
イオード、 ３１３…コンデンサ、 ３１４…コンデン
サ、 ３１５…電流検出回路、 ３１６…力率制御回
路、 ３１７…インダクタンスＬ、 ３１８…コンデン
サ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ｓ ３７１Ｈ Ｆターム(参考） 3L061 BA04 5H007 AA02 BB06 CA01 CB02 CB05 CC12 CC23 DA01 DB07 DB12 DC02 DC08 EA02 HA03 HA04 5H560 AA02 BB04 DA13 DC05 DC12 EB01 RR10 SS07 TT11 TT15 TT16 UA06 XA02 XA12

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される直流電源よりも昇圧された直流
   電源を得る昇圧チョッパ回路を構成するアクティブコン
   バータ回路と、該アクティブコンバータ回路から出力さ
   れる昇圧された直流電源を元に電動機を駆動するための
   三相のインバータ駆動波形を生成するスイッチング素子
   群からなるインバータと、前記インバータにおけるスイ
   ッチング素子群から得られる信号によって前記電動機の
   ロータの位置情報を検出して位置検出回路と、前記イン
   バータに流れる電流を検出する電流検出回路と、電流や
   温度の制限値および電動機の種類によって変わる設定値
   を記憶したメモリと、該メモリに記憶された電流や温度
   の制限値および電動機の種類によって変わる設定値を元
   に、通信インタフェース部を介して受け取る回転数指令
   と前記位置検出回路によって検出される電動機のロータ
   の位置情報と前記温度検出回路によって検出されるアク
   ティブコンバータ回路及びスイッチング素子群の温度情
   報と前記電流検出回路によって検出される電流値とから
   次のＰＷＭ信号を決定し、この決定されたＰＷＭ信号を
   出力する制御マイコンと、該制御マイコンから出力され
   るＰＷＭ信号に基いて前記インバータにおけるスイッチ
   ング素子群の各々をＯＮ／ＯＦＦ制御するドライブ回路
   とをアルミ基板に実装したものを端子台のついた樹脂製
   のケースに取り付け、 さらに、前記アクティブコンバータ回路から出力される
   昇圧された直流電源を元に制御電源を生成して前記アル
   ミ基板に実装された回路に供給する電源回路を実装した
   電源基板を、前記端子台のついた樹脂製のケースの上部
   に搭載して構成することを特徴とするインバータ制御モ
   ジュール。
2. 【請求項２】前記電源回路から得られる制御電源を、前
   記インバータ制御モジュールと連携して動作する周辺部
   品へも供給するように接続して構成したことを特徴とす
   る請求項１記載のインバータ制御モジュール。
3. 【請求項３】前記制御マイコンにおいて、通信インタフ
   ェース部を介して受け取る回転数指令が、シリアル通信
   方式、ＰＷＭ方式、アナログ方式のいずれにも対応でき
   るように構成することを特徴とする請求項１記載のイン
   バータ制御モジュール。
4. 【請求項４】インバータ制御モジュールに対して回転数
   指令を与えるモジュール通信インタフェース部と、室内
   機からの運転指令を受け取る室内通信インタフェース部
   と、室外機に設けられたファンモータを駆動制御するフ
   ァンモータ制御回路と、室外機に設けられた電動膨張弁
   を制御する電動膨張弁制御回路と、冷媒を流す方向を切
   替えるために室外機に設けられた電磁四方弁を切替え制
   御する電磁四方弁制御回路と、室外機に設けられた複数
   の温度センサーに接続されて各種の温度情報を取得する
   温度センサー接続回路と、周辺部品の特性情報を設定す
   るメモリと、前記室内通信インタフェース部で受取る運
   転情報と前記温度センサー接続回路で取得される各種の
   温度情報と前記メモリに設定された周辺部品の特性情報
   とに基づき、指令回転数を調整して前記モジュール通信
   インタフェース部に提供し、更に制御指令をファンモー
   タ制御回路、電動膨張弁制御回路、電磁四方弁制御回路
   の各々に与える制御マイコンとを小型基板に実装してモ
   ジュール化して構成したことを特徴とする室外機用ハイ
   ブリッドＩＣ。
5. 【請求項５】請求項４記載の室外機用ハイブリッドＩＣ
   を室外機用ユーザー基板に実装し、ＡＣモータとＤＣモ
   ータのどちらのファンモータも前記ファンモータ制御回
   路に接続することが可能なファンモータインタフェース
   部を前記室外機用ユーザー基板上に設けたことを特徴と
   する室外機用ハイブリッドＩＣ実装構造。
6. 【請求項６】請求項４記載の室外機用ハイブリッドＩＣ
   を室外機用ユーザー基板に実装し、ファンモータを前記
   ファンモータ制御回路に接続することが可能なファンモ
   ータインタフェース部、電動膨張弁を前記電動膨張弁制
   御回路に接続することが可能な電動膨張弁インタフェー
   ス部、および電磁四方弁を前記電磁四方弁制御回路に接
   続することが可能な電磁四方弁インタフェース部を、前
   記室外機用ユーザー基板上に設けたことを特徴とする室
   外機用ハイブリッドＩＣ実装構造。
7. 【請求項７】基準温度と基準抵抗値とＢ定数の全てまた
   は一部が異なる温度センサーについても、プルダウン抵
   抗を外付けし、前記メモリに補正データを設定すること
   により、使用可能に構成することを特徴とする請求項４
   記載の室外機用ハイブリッドＩＣ。
8. 【請求項８】室内機に設けられた運転指令の信号を送信
   する室内機用ハイブリッドＩＣと、 室外機に設けられ、前記室内機用ハイブリッドＩＣから
   の運転指令の信号を室内通信インタフェース部で受け取
   るように構成した請求項４記載の室外機用ハイブリッド
   ＩＣと、 前記室外機に設けられ、前記室外機用ハイブリットＩＣ
   のモジュール通信インタフェース部から与えられる回転
   数指令を通信インタフェース部を介して受け取るように
   構成した請求項１〜３の何れか一つに記載のインバータ
   制御モジュールとによって構成したことを特徴とする空
   気調和機用インバータ制御システム。
9. 【請求項９】運転指令の信号を送信する室内機用ハイブ
   リッドＩＣを備えた室内機と、 前記室内機用ハイブリッドＩＣからの運転指令の信号を
   室内通信インタフェース部で受け取るように構成した請
   求項４記載の室外機用ハイブリッドＩＣ、前記室外機用
   ハイブリットＩＣのモジュール通信インタフェース部か
   ら与えられる回転数指令を通信インタフェース部を介し
   て受け取るように構成した請求項１〜３の何れか一つに
   記載のインバータ制御モジュール、該インバータ制御モ
   ジュールによって駆動制御される電動機によって冷媒を
   圧縮する圧縮機、前記室外機用ハイブリッドＩＣのファ
   ンモータ制御回路によって駆動制御されるファインモー
   タ、前記室外機用ハイブリッドＩＣの電動膨張弁制御回
   路によって制御される電動膨張弁、および前記室外機用
   ハイブリッドＩＣの電磁四方弁制御回路によって切り替
   え制御される電磁四方弁を備えた室外機とを備えたこと
   を特徴とする空気調和機。